一种车辆定位射频识别系统及其定位方法技术方案

本发明专利技术公开的一种车辆定位射频识别系统，包括：若干间隔预埋在道路地面内的无源射频识别标签，每一无源射频识别标签包括射频识别标签芯片、标签天线线圈、辅助天线线圈、连接控制器以及调谐电容；以及一固定安装在车辆上的车载阅读器,所述车载阅读器包括射频识别阅读器、阅读器调谐模块、阅读器天线线圈、标签激励阵列单元、激励阵列单元调谐模块以及激励阵列单元控制器。还公开了一种上述的车辆定位射频识别系统的定位方法。本发明专利技术在采用相同的无源射频识别磁耦合信号频率下，可以使用大尺寸的激励和数据通信天线，从而实现更远的访问距离。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆定位射频识别系统及其定位方法
本专利技术涉及车辆自动驾驶
，尤其涉及一种车辆定位射频识别系统及其定位方法。
技术介绍
车辆自动驾驶技术是当前研究和产业化的热点，特地场景的车辆自动驾驶，比如港口的集装箱转运车辆的无人自动驾驶，已经进入应用阶段。车辆自动定位是实现自动驾驶的核心基础技术之一。目前使用超宽带无线通信的区域网格定位、激光雷达环境特征识别和匹配、微机械陀螺仪/加速度仪惯性定位导航、以及卫星定位等技术都在自动驾驶技术上有相应的技术和产品。除此之外，还有一种采用车载射频识别阅读器和道路预埋无源射频识别标签的技术。该技术与超宽带无线通信的区域网格定位、激光雷达环境特征识别和匹配等技术不同，基于无源射频识别的车辆定位技术采用成熟的射频识别标签，预埋在道路中的无源射频标签成本低廉、寿命长、环境影响小，通过在车辆上配置特定的无源射频识别阅读器，通过细分的网格阅读器天线识别预埋的具有唯一编码的射频识别标签对运动或静止的车辆进行定位，因此基于无源射频识别的车辆定位技术具有运营成本相对较低、环境适应能力强、可靠性高、易于部署等优点，在港口集装箱转运车辆的自动驾驶领域已经有一定规模的运用。德国公司基于当前的125.134KHz(低频段)和13.56MHz(RFID)无源射频识别技术开发了车辆自动驾驶应用的定位系统。其中，预埋道路的无源射频识别标签的尺寸为直径74.5mm，高度35mm，车载阅读器天线尺寸1560mm×653mm×81mm，能够实现25公里/小时车速下±10mm的定位精度。与普通的无源射频识别标签相比，用于车辆定位的预埋式无源射频识别标签主要在封装上存在一定的差异，但是车载阅读器与常用的射频识别阅读器之间存在很大的不同，这种车载阅读器需要实现较远距离的访问，同时需要在一定的车速下实现符合预期定位精度的访问。尤其是实现符合预期定位精度的访问，其是通过特殊设计的网格天线来实现的，即通过细分网格的天线，根据实现通信的网格来获得车辆相对于预埋标签的位置。由于无源射频识别访问的距离和天线的尺度密切相关，因此天线的细分网格又直接影响了访问距离。目前，德国公司的标签和阅读器及网格天线在典型的环境下可实现35cm的最大访问距离。参见图1，图1示出了现有的基于磁耦合射频识技术的车辆定位系统，车辆10在道路上行驶，车辆10上安装有射频识别阅读器20和射频识别阅读器天线30。当车辆10和射频识别阅读器天线30通过预埋在道路上的无源射频识别标签40时，车载阅读器20可以获得无源射频识别标签40的信息，并根据预埋的无源射频识别标签40的地理信息和无源射频识别标签40与车辆10的相对关系，即可以实现车辆10的定位。参见图2，图2示出了现有的基于磁耦合射频识技术的射频识别阅读器天线与无源射频识别标签的能量传输和通信原理。当射频识别阅读器天线30的天线线圈31内部有电流通过时，会产生感生交变磁场31a，无源射频识别标签40的天线线圈会产生感生电动势，无源射频识别标签40的芯片电路能够将天线线圈产生的感生交流电动势变换成芯片工作所需要的电源，从耦合的信号提取出来自射频识别阅读器20的指令，执行指令并作出相应的应答，完成射频识别阅读器20和无源射频识别标签40之间的通信。对于磁耦合射频识别技术，射频识别标签载近场，也就是所用电磁波波长的1.10或者1/8的距离内工作。比如13.56MHz的载频，波长为22.1米，理论上，该波长下的磁耦合射频识别最大访问距离为2.2米。但是在近场条件下，与射频识别阅读器天线30之间的垂直每增加10倍，能量衰减为1/1000，也就是说，能量按照无源射频识别标签40与射频识别阅读器天线30之间距离倒数的三次方衰减。此外，由于数据通信的带宽需要，射频识别阅读器20和无源射频识别标签40的天线线圈的网络品质因素要远低于线圈天线的本征品质因素。比如铜导线线圈的品质因素可能高达50，但是为了保证数据通信的带宽，射频识别的阅读器天线和标签天线网络的品质因素可能只有8。这些因素导致了磁耦合射频识别技术可能实现的有效访问距离远低于理论的近场范围。参见图2，13.56MHz系统，沿射频识别阅读器天线30的天线线圈31垂直方向的访问距离可能只有50～60厘米。此外，更大尺寸的射频识别阅读器天线30还意味着天线线圈的电感大，载波频率越高，则调谐越困难；采用低的电磁波频率，则意味着低的数据速率。实际的访问距离还进一步受到射频识别阅读器天线30的天线线圈31的有效尺寸限制，一般来讲此类系统地访问距离大概在阅读器天线尺寸的0.7倍左右。射频识别阅读器天线30越小，访问距离越短。这些特点导致使用标准的磁耦合射频识别技术作为车辆定位会存在以下不足：为了获得一定的定位精度，需要尽可能小的射频识别阅读器天线30的天线线圈31，但是射频识别阅读器天线30的天线线圈31越小，意味着有效访问距离越短，对于车辆自动驾驶定位，可能需要至少20～30厘米以上的有效访问距离。如果采用40厘米以上的天线会导致能获得的定位精度大大降低。为了克服以上基于磁耦合射频识别技术的车辆定位系统存在的不足，专利号为DE202013101196U1的德国专利技术专利公开了以下内容：使用低频载波，也就是125KHz/134KHz的频段；同时射频识别阅读器天线覆盖区域采用网格细分的方法，如图3所示,细分为单个的访问单元31，从而提高定位的精度。参见图4，图4示出了专利号为DE202013101196U1的德国专利技术专利公开所采用的天线网格细分结构，激励绕组EQ1-EQ2和激励绕组EL1-EL2将整个射频识别阅读器天线的区域分为16个网格，激励绕组RE为接收绕组并覆盖整个天线访问区域，当其中的一个网格信号为正常激励时，周边的网格信号相互抵消，从而不能激活对应网格位置的标签。通过电子扫描的方式，实现整个射频识别阅读器天线覆盖区域的分时访问。该技术方案的射频识别阅读器天线的激励绕组很长，天线线圈的电感量大，因此采用低频频段，从而便于天下网络的调谐实现。为了实现合适的通信距离，可通过加大射频识别阅读器的发射功率来实现，因此需要在无源射频识别标签的天线端增加二极管或者类似的结构来限制标签天线两端的电压，如图5所示。无源射频识别标签芯片41的天线端AC0、AC1分别与线圈天线Lant连接，这是基本的射频识别标签的结构。在大动态范围的场强下，为了保护无源射频识别标签芯片41不被可能的高压击穿，在射频识别标签芯片41的天线端AC0、AC1之间增加了由二极管D1、D2构成的保护结构，在高场强下，确保无源射频识别标签芯片41的天线端AC0、AC1的电压不超过无源射频识别标签芯片41的承受范围。此外，在这个对于工作距离要求严格的场景下，无源射频识别标签40可能还需要额外的无源射频识别标签芯片41外接电容C1、C2和电阻R1、R2，以调节标签的工作性能。现有的车辆定位系统相对于对应频段射频识别系统，无论是标签，还是射频识别阅读器和射频识别阅读器天线都要复杂很多，但是受性能限制，目前主要用于25公里/小时或者以下的自动驾驶定位。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一在于：针对现有技术的不足而提供一种可实现远距离访问、降低系统复杂性和成本、提高系统可靠性的车辆定位射频识别系统。本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆定位射频识别系统，其特征在于，包括：若干间隔预埋在道路地面内的无源射频识别标签，每一无源射频识别标签包括射频识别标签芯片、标签天线线圈、辅助天线线圈、连接控制器以及调谐电容，所述射频识别标签芯片的第一、第二天线连接端分别与所述标签天线线圈的两端连接，所述连接控制器的第一控制连通端并接在所述射频识别标签芯片的第一天线连接端与所述标签天线线圈的一端之间，其第二控制连通端通过所述调谐电容并接在所述射频识别标签芯片的第二天线连接端与所述标签天线线圈的另一端之间，其第一、第二交流耦合信号端分别与所述辅助天线线圈的两端连接；以及一固定安装在车辆上的车载阅读器,所述车载阅读器包括射频识别阅读器、阅读器调谐模块、阅读器天线线圈、标签激励阵列单元、激励阵列单元调谐模块以及激励阵列单元控制器，所述射频识别阅读器的第一信号交互端通过所述阅读器调谐模块分别与所述阅读器天线线圈的两端连接，其第二信号交互端与车载定位系统连接，所述标签激励阵列单元设置在所述阅读器天线线圈内，所述标签激励阵列单元由若干呈矩阵式排列的激励线圈绕组构成，每一激励线圈绕组的一端并接在一起后与所述激励阵列单元调谐模块连接，其另一端采用多路开关分别与所述激励阵列单元调谐模块连接，所述激励阵列单元控制器的第一信号交互端与所述激励阵列单元调谐模块连接，其第二信号交互端与车载定位系统连接。...

【技术特征摘要】
1.一种车辆定位射频识别系统，其特征在于，包括：若干间隔预埋在道路地面内的无源射频识别标签，每一无源射频识别标签包括射频识别标签芯片、标签天线线圈、辅助天线线圈、连接控制器以及调谐电容，所述射频识别标签芯片的第一、第二天线连接端分别与所述标签天线线圈的两端连接，所述连接控制器的第一控制连通端并接在所述射频识别标签芯片的第一天线连接端与所述标签天线线圈的一端之间，其第二控制连通端通过所述调谐电容并接在所述射频识别标签芯片的第二天线连接端与所述标签天线线圈的另一端之间，其第一、第二交流耦合信号端分别与所述辅助天线线圈的两端连接；以及一固定安装在车辆上的车载阅读器,所述车载阅读器包括射频识别阅读器、阅读器调谐模块、阅读器天线线圈、标签激励阵列单元、激励阵列单元调谐模块以及激励阵列单元控制器，所述射频识别阅读器的第一信号交互端通过所述阅读器调谐模块分别与所述阅读器天线线圈的两端连接，其第二信号交互端与车载定位系统连接，所述标签激励阵列单元设置在所述阅读器天线线圈内，所述标签激励阵列单元由若干呈矩阵式排列的激励线圈绕组构成，每一激励线圈绕组的一端并接在一起后与所述激励阵列单元调谐模块连接，其另一端采用多路开关分别与所述激励阵列单元调谐模块连接，所述激励阵列单元控制器的第一信号交互端与所述激励阵列单元调谐模块连接，其第二信号交互端与车载定位系统连接。2.如权利要求1所述的车辆定位射频识别系统，其特征在于，所述连接控制器包括整...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小冬，杨军良，
申请(专利权)人：快脉信息科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31